Tipi di estrusori 3D e HotEnd

In questo articolo parleremo dei tipi di estrusori e HotEnd più comuni nel mondo della stampa 3D. Prima di iniziare, è bene chiarire che tutto ciò che abbiamo citato è frutto della nostra esperienza, utilizzando sempre prodotti di marchi di alto livello, come i prodotti di E3D Online, un'azienda di componenti per stampanti 3D di alta qualità specializzata in estrusori, HotEnd e ugelli. Questa sfumatura è necessaria perché se si utilizzano estrusori e HotEnd di bassa qualità, è possibile che le caratteristiche che discuteremo di seguito non siano soddisfatte.

La funzione principale dell'estrusore è quella di spostare il filamento dalla bobina all'HotEnd nel modo più preciso e alla giusta velocità per la stampa 3D, ma esistono diverse classificazioni di estrusori. In questo post analizzeremo i principali.

Tipi di estrusori a seconda dell'azionamento

Esistono due tipi di estrusori a seconda del tipo di azionamento: diretto e Bowden. Nell'estrusore diretto, come suggerisce il nome, il filamento passa direttamente dalla ruota dentata dell'estrusore all'HotEnd. Esistono anche sistemi in cui queste due parti sono unite, come nel Titan Aero.

Immagine 1: estrusore Titan Aero. Fonte: E3D

 Negli estrusori Bowden, invece, il collegamento all'HotEnd avviene tramite un tubo in PTFE attraverso il quale scorre il filamento.

Estrusori diretti

Figura 2: Estrusore diretto

Vantaggi:

• Stampa di materiali flessibili come  PLA Soft o TPU , nonché TPE (FilaFlex) da 1,75 mm e 2,85 mm.
• Stampa senza problemi tutti i tipi di materiali, indipendentemente dall'abrasività di alcuni filamenti. Per la stampa 3D di materiali abrasivi, ad esempio il grafene, si consiglia di utilizzare l'Olsson Ruby Nozzle , un ugello in ottone con una punta di rubino che ha una durata quasi infinita.
• Questo sistema richiede  lunghezze di retrazione ridotte per ottenere buone stampe 3D, riducendo la probabilità di intasamento. Per saperne di più sulla ritrattazione, consultare l'articolo al link sottostante.

Svantaggi:

• Notevole inerzia nell'asse lungo il quale si muovono l'estrusore e l'HotEnd. Questo fattore aumenta quando si stampa in 3D ad alta velocità e si deve spostare il peso dell'intero gruppo (estrusore, motore dell'estrusore e HotEnd), soprattutto se la stampante 3D ha più estrusori.
• Problemi di temperatura nel motore elettrico dell'estrusore. Nelle stampanti 3D chiuse con camera riscaldata, le temperature nel motore dell'estrusore possono raggiungere temperature che influiscono sulle prestazioni operative.

Estrusori Bowden

Figura 3: Estrusore Bowden

Vantaggi:

• Bassa inerzia nell'asse di spostamento dell'HotEnd. Nel sistema Bowden, poiché l'estrusore e il motore dell'estrusore sono ancorati al telaio della stampante 3D, l'inerzia nel movimento di stampa è notevolmente ridotta. Ciò consente di ottenere stampe molto veloci e allo stesso tempo di alta qualità.
• Elevato potere di trascinamento del filamento. La maggior parte delle stampanti 3D che utilizzano questo sistema di estrusione (BCN Sigmax, 3NTR-A2) dispone di una serie di pignoni (gruppo riduttore) che aumentano la coppia di trascinamento del filamento, consentendo così di muovere bobine più grandi del normale.

Svantaggi:

• Problemi durante la stampa con filamento flessibile con diametro di 1,75 mm. Ciò è dovuto al fatto che, essendo il filamento flessibile, non è possibile mantenere una pressione costante nel filamento lungo il tubo Bowden PTFE fino all'HotEnd, poiché il filamento scorre.  Nei sistemi Bowden da 2,85 mm, tuttavia, è possibile stampare filamenti flessibili a bassa velocità.

 Tipi di HotEnd a seconda del diametro del materiale

L'HotEnd è responsabile della fusione del filamento per realizzare il pezzo desiderato. Il tipo di HotEnd (V6 o Volcano) e l'ugello sono configurati in base al diametro del materiale, in funzione del tipo di pezzo, della qualità e della finitura da ottenere. Classifichiamo quindi gli estrusori in V6 e Volcano ed elenchiamo i vantaggi e gli svantaggi di questi due tipi di HotEnd.

 Vantaggi e svantaggi dell' HotEnd V6

Figura 4: HotEnd V6 universale da 1,75 mm. Fonte: E3D

Vantaggi:

•  Il V6 è l'HotEnd più versatile sul mercato, adatto a tutti i tipi di stampa, anche per materiali flessibili (soprattutto con filamento da 2,85/3 mm). Con HotEnd V6 è possibile produrre tutti i tipi di pezzi con una qualità di finitura eccezionale.

Svantaggi:

•  Il diametro massimo consigliato dell'ugello per questo tipo di estrusore è di 0,80 mm / 1 mm, poiché diametri maggiori causano spesso problemi di continuità del flusso.

Vantaggi e svantaggi di HotEnd Volcano

Immagine 5: HotEnd Volcano E3D

Vantaggi:

• Grazie alla posizione parallela della cartuccia riscaldante cartuccia riscaldante rispetto all'ugello, si ottiene un'area riscaldata più ampia, che offre un grande controllo e stabilità sulla fusione del filamento. Grazie a tutto ciò, le stampe 3D possono essere realizzate con un ugello di diametro maggiore (1,2 mm), il che significa tempi di produzione più brevi e la possibilità di stampare con un'altezza di strato maggiore rispetto alla V6.
• Parti più resistenti. Grazie a strati più alti con un flusso laminare (senza bolle), i legami tra le sostanze chimiche del materiale sono più forti, con il risultato di pezzi più rigidi e resistenti.

Svantaggi:

• Finitura superficiale a basso dettaglio. A causa delle altezze elevate degli strati, i pezzi presentano dei gradini nelle aree in cui sono presenti superfici con curve ad altezze diverse.

Alcuni produttori designano l'HotEnd in base al sistema di estrusione e al diametro del filamento da utilizzare. Ad esempio, E3D Online utilizza la denominazione "universal" per i suoi HotEnd da 1,75 mm (universal diretto e universal bowden) in cui il tubo in TPFE arriva fino all' Heat Break, incanalando il filamento senza interruzioni fino al blocco riscaldatore. Per l'HotEnd da 2,85 / 3 mm è sufficiente utilizzare la designazione "direct" o "bowden".

Figura 6: Tipi di HotEnd E3D

Consigliamo a ogni utente di studiare il proprio caso specifico in base al tipo di pezzi e alla velocità con cui desidera stampare in 3D, ma sempre utilizzando componenti di prima qualità che garantiscano la qualità di tutti i suoi prodotti.